抗生物質の活性を高める新酵素を発見 〜AIを活用した構造最適化により酵素機能強化にも成功〜

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2025-08-06 静岡県立大学,生命創成探究センター,分子科学研究所

静岡県立大学・分子科学研究所などの研究グループは、新酵素PalQを用いて抗菌ペプチドに脂質修飾を施し、抗菌活性を大幅に高める技術を開発した。PalQはペプチド末端のトリプトファン残基にプレニル基を転移させる酵素で、Plantaricin Aでは最大18倍、PA-Winでは15倍の抗菌活性向上を実現。分子動力学シミュレーションにより、活性増強はプレニル基と細胞膜の相互作用に起因することが判明した。さらにAIを活用してPalQの構造最適化を行い、有機溶媒耐性を付与するとともに、修飾可能な抗菌ペプチドの種類を拡大することに成功した。本成果は、薬剤耐性菌対策や既存抗菌ペプチドの再開発、新たな分子創薬基盤技術として期待される。研究成果は米国化学会誌 Journal of the American Chemical Society に掲載された。

抗生物質の活性を高める新酵素を発見 〜AIを活用した構造最適化により酵素機能強化にも成功〜

<関連情報>

酵素的プレニル化による抗菌ペプチドの化学空間拡張 Expanding the Chemical Space of Antimicrobial Peptides via Enzymatic Prenylation

Hikari Ozawa,Azusa Miyata,Seiichiro Hayashi,Noriyuki Miyoshi,Koichi Kato,Sohei Ito,and Daisuke Fujinami
Journal of the American Chemical Society  Published: July 13, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c06850

Abstract

Antimicrobial peptides act primarily at the bacterial membrane interface. We report a biocatalytic strategy that enhances their potency by up to 18-fold. The improvement results from the enzymatic installation of bulky isoprenoid chains, which strengthens peptide–membrane interactions and promotes membrane destabilization. We characterize PalQ, an isoprenoid synthase-related prenyltransferase that is uniquely amenable to enzyme engineering. PalQ catalyzes prenylation at both N- and C-terminal tryptophan residues via positionally distinct Cδ2 and Cγ alkylation, respectively. Structure-guided mutagenesis of the prenyl donor pocket, combined with glycine substitutions near the acceptor tryptophan, expanded PalQ’s substrate scope to include diverse antimicrobial peptides and long-chain donors such as geranylgeranyl diphosphate. A computationally optimized PalQ variant further improved performance under high-salt and organic solvent conditions, enabling late-stage modification of poorly soluble peptides. These results establish PalQ as a versatile platform for site-selective lipidation and expand the accessible chemical space for peptide and protein engineering.

有機化学・薬学
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